金属纳米材料.docx

金属纳米材料（线）性能测试 一、 摘要：纳米科技是研究由尺寸在nmnm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及可能在实际中推广应用其技术问题的科学技术。其最终目标是人类按自己的意愿直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米科技的基本内涵是在纳米尺寸范围内认识和改造自然。金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。若按维数，纳米材料的基本单元可分为类：一是零维。指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米粉体、原子团簇等；二是一维。指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；三是二维。指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜及超晶格等。因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维及二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。其不同于体材料性质产生的主要原因是电子在小尺寸窖中表现出的量子限制效应。金属纳米材料具有许多其本体普通材料所没有的独特的物理和化学性能,在光、电、磁、催化剂、传感、生物医药等方面具有广泛的应用前景。这些独特性能与纳米材料的尺寸、形状密切相关,因而形貌可控地制备纳米材料非常重要 二、 正文： 1. 典型的纳米金属材料的金属纳米线的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。纳米金属材料的金属纳米线具有许多在大块或三维物体中没有发现的有趣的性质。这是因为电子在纳米金属材料的金属纳米线中在横向受到量子束缚，能级不连续。这种量子束缚的特性在一些纳米金属材料的金属纳米线中（比如碳纳米管）表现为非连续的电阻值。这种分立值是由纳米尺度下量子效应对通过纳米金属材料的金属纳米线电子数的限制引起的。这些孤立值通常被称为电阻的量子化。32.导电性：伴随着机械性能的显著变化，纳米金属材料的金属纳米线的电学性能也相对于体材料有着明显的变化。纳米金属材料的金属纳米线的导电性预期将远远小于体材料。其原因是当纳米金属材料的金属纳米线的横截面尺寸小于体材料的平均自由程的时候，载流子在边界上的散射效应将会突显出来。电阻率将会收到边界效应的严重影响。纳米金属材料的金属纳米线的表面原子并不像在体材料中的原子一样能够被充分的键合，这些没有被充分键合的表面原子则常常成为纳米金属材料的金属纳米线中缺陷的来源，从而使得电子不能顺利地通过，使得纳米金属材料的金属纳米线的导电能力低于体材料。1纳米金属材料的金属纳米线的导电性预期将大大小于大块材料。这主要是由以下原因引起的。第一，当线宽小于大块材料自由电子平均自由程的时候，载流子在边界上的散射现象将会显现。例如，铜的平均自由程为40nm。对于宽度小于40nm的铜纳米金属材料的金属纳米线来说，平均自由程将缩短为线宽。3.因为尺度的原因，纳米金属材料的金属纳米线还会体现其他特殊性质。在碳纳米管中，电子的运动遵循弹道输运（意味着电子可以自由的从一个电极穿行到另一个）的原则。而在纳米金属材料的金属纳米线中，电阻率受到边界效应的严重影响。这些边界效应来自于纳米金属材料的金属纳米线表面的原子，这些原子并没有像那些在大块材料中的那些原子一样被充分键合。这些没有被键合的原子通常是纳米金属材料的金属纳米线中缺陷的来源，使纳米金属材料的金属纳米线的导电能力低于整体材料。随着纳米金属材料的金属纳米线尺寸的减小，表面原子的数目相对整体原子的数目增多，因而边界效应更加明显。更进一步，电导率会经历能量的量子化：例如，通过纳米金属材料的金属纳米线的电子能量只会具有有离散值乘以朗道常数G =（这里 e是电子电量，h是普朗克常数)。电导率由此被表示成通过不同量子能级通道的输运量的总和。线越细，能够通过电子的通道数目越少。把纳米金属材料的金属纳米线连在电极之间，科学家可以研究纳米金属材料的金属纳米线的电导率。通过在拉伸时测量纳米金属材料的金属纳米线的电导率，科学家发现：当纳米金属材料的金属纳米线长度缩短时，它的电导率也以阶梯的形式随之缩短，每阶之间相差一个朗道常数G。因为低电子浓度和低等效质量，这种电导率的量子化在半导体中比在金属中更加明显。量子化的电导率可以在25nm的硅鳍中观测到(Tilke et. al.， 2003)，导致阀电压的升高。4.力学性质：通常情况下，随着尺寸的减小，纳米金属材料的金属纳米线会体现出大块材料更好的机械性能。强度变强，韧度变好。纳米金属材料的金属纳米线的结构：纳米金属材料的金属纳米线可以有多种形态。有时它们以非晶体的顺序出现，如五边对称或螺旋态。电子会在五边形管和螺旋管中蜿蜒而行。这种晶体顺序的缺乏是由于纳米管仅在一个维度（轴向）上体现周期性，而在其它维度上可以以能量法则产生任何次序。例如，在一些个例中，纳米金属材料的金属纳米线可以显示五重对称性，这种对称性无法在自然界中观测到，却可以在少量原子促成的簇中发现。这种五重对称性相当于原子簇的二十重对称性：二十面体是一簇原子的低能量态，但是由于二十面体不能在各个方向上无限重复并充满整个空间，这种次序没有在晶体中观测到。三、结论：金属纳米材料的光、电、声热磁等物理性能与组成金属纳米材料的化学成分和结构具有密切关系，因此确定金属纳米材料的元素组成，纳米材料的形象分析，探讨金属纳米材料优异性能，是纳米材料研究的重要内容。方法主要有x-射线粉末衍射谱、能谱分